KR100442461B1 - 민감도 강화 균형 바를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물질 유동에 대한 유량계의 민감도를 강화시키는 균형 바를 가지는 단일 튜브 코리올리 유량계에 관한 것이다. 균형 바의 설계는 유동 튜브 공진 구동 주파수보다 더 낮을 수 있는 주파수를 가지도록 제 2벤딩 모드 응답을 낮춘다. 균형 바의 제 2벤딩 모드 주파수의 낮춤은 물질 유동을 갖는 진동 유동 튜브의 코리올리 응답이 유동 튜브로부터 브레이스 바를 통해 균형 바에 힘을 확장시킬 수 있도록 한다. 이러한 코리올리 힘은 균형 바의 낮춰진 제 2벤딩 모드 주파수 때문에 균형 바에서 코리올리형 응답 빈동을 유도한다. 유량계의 코리올리 응답은 균형바의 코리올리형 응답이 위상을 달리하고 유동 튜브의 코리올리 편향에 부가되기 때문에 강화된다.

Description

민감도 강화 균형 바를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR A SENSITIVITY ENHANCING BALANCE BAR}
단일 튜브 코리올리 유량계는 듀얼 튜브 코리올리 유량 분리 매니폴드(flow splitting manifold)의 비용 및 플러깅(plugging) 문제를 해결하기 때문에 바람직하다. 단일 튜브 코리올리 유량계는 유량계의 유량 민감도가 듀얼 튜브 코리올리 유량계의 민감도보다 낮다는데 단점이 있다. 유량 민감도는 두가지 이유 때문에 더 낮다. 제 1이유는 동일한 유량에 대해, 단일 튜브 유량계는 주어진 유량에 대해 직경이 더 큰 유동 튜브를 가져야 한다. 이것은 벤딩(bending)에 있어서 더 경직되고 코리올리 힘에 더 적게 반응하게 한다. 제 2 이유는 질량 유량(mass flow rate)이 어떻게 결정되는지의 세부 사항과 관계된다.
전형적인 듀얼 튜브 코리올리 유량계에 있어서, 유동 튜브는 서로 위상을 달리하여 진동된다. 듀얼 유동 튜브는 동적인 균형 잡힌 구조를 형성하도록 서로 상쇄 평형(counterbalance)하게 작동한다. 속도 센서는 유동 튜브 사이에서 상대 속도를 감지하도록 유동 튜브를 따라 두 영역에 위치된다. 속도 센서는 보통 튜브의 중간 포인트로부터 상부와 하부로 동일한 거리에 위치된다. 각각의 속도 센서는 하나의 유동 튜브에 고정된 자석 및 다른 튜브에 고정된 코일로 구성된다. 자기장을 통한 코일의 상대 운동은 전압을 발생시킨다. 진동하는 유동 튜브의 사인 곡선 운동은 각각의 센서에서 사인 곡선 전압을 발생시킨다. 어떤 물질 유동도 없을 때, 두 속도 센서로부터의 전압은 서로 같은 위상에 있다. 물질 유동이 있다면, 진동 튜브는 이동 물질의 코리올리 힘에 의해 왜곡되어 두 센서 전압 사이의 위상차를 발생시킨다. 질량 유량은 이 위상 차에 비례한다. 두개의 유동 튜브는 (유동의 동일한 분리를 위해) 동일하게 왜곡되고 각각의 유동 튜브는 대응하는 위치에서 서로 같은 위상 시프트를 갖는다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 상부 센서 자석 속도(magnet velocity)는 상부 코일 속도와 동일한 위상을 갖고 양자는 자석-코일 센서 쌍(magnet-coil sensor pair)에 의해 발생된 전압과 같은 위상을 갖는다. 하류 센서는 상류 센서와 다른 위상을 갖는다.
단일 튜브 유량계에 있어서, 진동 유동 튜브는 또다른 유동 튜브보다 오히려 균형 바(balance bar)에 의해 평형이 유지된다. 속도 센서 자석(또는 코일)은 그것이 전술한 듀얼 튜브 유량계에서의 제 2 유동 튜브인 것처럼 균형 바에 장착된다. 그러나, 물질은 균형 바를 통해 흐르지 않기 때문에, 유동에 의한 상당한 위상 시프트 또는 어떤 코리올리 힘을 받지 않는다. 속도 센서는 위상 시프팅된 유동 튜브와 위상 시프팅없는 균형 바 사이에서 상대 속도를 감지한다. 각각의 속도 센서에서 유동 튜브 및 균형 바 속도는 위상 각 및 진폭을 갖는 속도 벡터에 의해 표시될 수 있다. 상대 속도(및 각각의 속도 센서에서의 전압)는 두개의 속도 벡터를 더하여 결정될 수 있다. 물질 유동 때문에 유동 튜브 속도 벡터는 위상 시프트를 가진다. 균형 바 속도 벡터는 0 위상 시프팅을 갖는다.이들 벡터를 더함으로써 속도 센서의 유동에 의한 네트 위상 시프트(net phase shift)를 제공한다. 각각의 속도 센서의 출력 전압 및 네트 위상 시프트는 위상 시프팅 없는 균형 바에 의해 감소된다. 이 네트 위상 시프트 감소는 유량계의 유동 민감도의 감소와 동등하다. 더 큰 (단일) 유동 튜브 직경에 기인한 민감도의 감소와 결합된 균형 바의 0 위상 시프트에 기인한 유량계 민감도의 감소는 결합된 유량계 민감도를 떨어뜨리게 되어 몇몇의 응용을 위한 단일 튜브 유량계의 상업적 수용 가능성 및 정밀도를 감소시킨다.EPO 831,306A1은 중심이 같은 균형 바에 의해 둘러싸인 단일 유동 튜브를 가지는 통상의 코리올리 유량계를 설명한다. 균형바는 균형 바의 축선 중심에서 중량체를 제외하고 균일한 질량 및 강성 분포를 갖는 원통형 부재이다. 상기 중량체의 유일한 목적은 구동 모드에서 균형 바의 공진 주파수를 낮추는 것이다. 상기 중량체는 균형 바에 의한 어떤 가능한 코리올리 응답의 제로 노드에 있기 때문에 제 2벤딩 코리올리 모드에 어떤 영향도 미치지 않는다. 그러나, 균형 바는 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 훨씬 높은 제 2벤딩 모드 주파수에서 진동적으로 활성되지 않는다.
해결책(solution)
물질 유동에 대한 유량계 민감도를 강화시키고 증폭시키는 균형 바를 가지는 단일 튜브 코리올리 유량계에 대한 장치 및 방법이 제공되는 본 발명에 따라, 전술된 문제 및 다른 문제들이 해결되어 당해 기술 분야에서 진보가 이루어진다. 종래 기술 및 본 발명의 단일 튜브 코리올리 유량계 모두에 대해, 균형 바는 제 1 벤딩 모드로 유동 튜브에 대하여 위상을 달리하여 구동된다. 구동 주파수는 전형적으로 각각의 제 1 벤딩 모드에서 물질 충진 유동 튜브(material filled flow tube) 및 균형 바의 공진 주파수이다. 종래 기술의 단일 튜브 코리올리 유량계에서, 균형 바는 유동 튜브의 코리올리 힘 및 코리올리 편향에 대해 두드러진 반응이 부족하다. 본 발명에서는 균형 바가, 벤딩에 의해 유동 튜브에 작용하는 코리올리 힘에 대해, 인가된 코리올리 힘에 의해 발생되는 유동 튜브의 편향에 대해 위상이 어긋난 제 2 벤딩 모드로 반응하도록 설계됨으로써 민감도가 향상된다.독립항 1, 2, 14, 및 15은 본 발명의 가장 넓은 양태를 구현하는 방법 및 장치를 정의한다.
물질 유동에 의해, 진동하는 유동 튜브는 인가된 코리올리 힘에 응답하여 편향된다. 유동 튜브의 구동 진동이 물질이 충진된 유동 튜브의 공진 주파수인 반면, 코리올리 편향은 코리올리 편향 모드 형상을 위한 유동 튜브의 공진 주파수와 전혀 다른 주파수로 구동되기 때문에, 유동 튜브의 구동 진동은 코리올리 편향보다 진폭에 있어서 실질적으로 더 크다. 코리올리 힘은 구동 진동과 같은 주파수로 유동 튜브에 흐르는 물질에 의해 인가된다. 그러나, 유동 튜브의 코리올리 힘에 의해 유도된 편향은 제 2 벤딩 모드와 같은 형상이다. 유동 튜브의 제 2 벤딩 모드 공진 주파수는 코리올리 힘의 인가 주파수(구동 주파수)보다 훨씬 더 높다. 그리하여, 코리올리 힘은 그 모드 형상(제 2 벤딩)의 공진 주파수와 멀리 떨어진 주파수로 인가되기 때문에, 유동 튜브에서 코리올리 유도 편향은 진동자(driver) 유도(제 1벤딩 모드) 편향보다 훨씬 더 작다. 이러한 유동 튜브의 제 2벤딩 모드에서 작은 코리올리 편향에 의해, 물질 유동에 대한 응답에 있어 두개의 속도 센서 신호 사이에 위상 지연이 발생되는 것이다. 편향이 작기 때문에, 위상 지연은 작고, 물질 유동에 대한 종래 기술의 직선 튜브 계량기의 민감도는 낮다.
본 발명의 균형 바는 유동 튜브의 진동력을 균형 바에 전달하는 브레이스 바(brace bar)에 의해 그 단부가 유동 튜브에 연결된다. 종래 기술 계량기에서 유동 튜브와 유사하게 균형 바는 제 1 벤딩 또는 구동 모드보다 훨씬 더 높은 제 2 벤딩 모드 공진 주파수를 가진다. 유동 튜브의 코리올리 편향은, 매우 작고 균형 바 제 2 벤딩 공진 주파수에서 멀리 떨어진 주파수에서 일어나기 때문에, 브레이스바에 의해 균형 바에 전달되는 힘은 균형 바의 제 2 벤딩 모드에서 어떠한 상당한 여기(excitation)도 일으키지 않는다. 그리하여, 종래 기술 계량기에서 유동 튜브는 코리올리 힘에 아주 조금 응답하는 반면, 균형 바는 어떤 반응도 하지 않는다.
본 발명의 방법 및 장치는 균형 바의 여러 모드 형상의 주파수 순서(frequency order)를 시프팅시키는 것을 포함한다. 이는 혼동을 일으킬 수 있는데, 진동 모드는 주파수 순서가 아니라, 진동 모드 형상에 따라 정의된다. 유용한 규칙은 모드 수가 노드 수에서 1을 뺀 것과 같다는 것이다. 제 1 모드는 2개 노드를 (단부에) 가진다. 제 2 모드는 3개 노드를 (단부 및 중앙에) 갖는다. 이러한 방식으로 계속하여, 제 3 모드 벤딩 모드는 4개 노드를 갖는다.
본 발명의 방법 및 장치에 따라, 균형 바의 제 2 모드 벤딩 주파수는 유동 튜브 및 균형 바 양자의 제 1 벤딩 모드(구동 주파수)에 가깝도록 낮춰진다. 유동 튜브 및 균형 바 모두에서 큰 진동 진폭을 갖는 제 1벤딩(구동) 모드는, 모드 형상의 차이 때문에 균형 바를 제 2 벤딩 모드로 여기시킬 수 없다. 제 1 벤딩 모드에서 균형 바(및 유동 튜브)의 편향된 형상은 단부가 어떤 변위도 가지지 않는 반면 단부 사이의 길이는 변위를 증가시켜서 중심에서 최대 변위가 일어나도록 된다. 제 2벤딩 모드에서 1/4 및 3/4 길이 포인트 주위에서 최대 변위가 일어나고 단부 및 중심은 어떠한 변위도 가지지 않는다. 그러나, 균형 바(또는 유동 튜브)의 1/2이 네거티브 변위를 갖는 동안 다른 1/2은 양의 변위를 갖도록 변위의 부호가 중심에서 변화한다. 모드 형상의 차이의 결과로, 제 1 벤딩 모드의 진동이 제 2 벤딩 모드에서 균형 바의 반에 에너지를 가하는 반면 균형 바의 다른 반에서 동일한 양의에너지를 가져간다. 그러므로 네트 효과(net effect)는 공진 주파수가 가깝다 하여도 제 1 벤딩 모드의 진동에 의해 제 2 벤딩 모드가 여기되지 않는다는 것이다.
유동 튜브의 변위의 부호가 유동 튜브 중심 포인트의 양쪽편에서 서로 다르다는 점에서, 유동 튜브의 코리올리 편향은 제 2 벤딩 모드와 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 유동 튜브의 코리올리 편향은 브레이스 바를 통해 전달된 힘에 의해 균형 바의 제 2 벤딩 모드를 여기할 수 있다. 본 발명에서 균형 바의 제 2 벤딩 모드 공진 주파수는 구동 주파수에 가깝게 발생된다. 유동 튜브의 코리올리 편향에 의한 균형 바의 제 2 벤딩 모드의 여기는 속도 센서가 있는 곳에서 균형 바에 상당한 위상 지연을 일으키기에 충분하다. 균형 바 위치 사이의 이러한 위상 지연은 대응하는 유동 튜브 위치 사이의 위상 지연에 합산되어 유동에 대한 유량계의 민감도를 강화시킨다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, 균형 바의 제 2 벤딩 모드 공진 주파수는 유동 튜브 및 균형 바의 구동 주파수보다 낮다. 기계적 진동자(oscillator)의 공진 주파수가 여기 주파수보다 낮을 때, 진동자는 여기 변위와 위상을 달리하여 이동함이 공지되어 있다. 그 결과로, 균형 바는 유동 튜브상의 코리올리 유도 편향과 위상을 달리하는 편향을 띤다. 제 2 벤딩 모드를 위한 균형 바의 여기 소스가 유동 튜브의 코리올리 편향이기 때문에, 균형 바의 제 2 벤딩 모드 편향의 진동 진폭은 유동 튜브상의 코리올리 힘이 증가함에 따라 증가한다. 이와 같이 유동 튜브 및 균형 바의 제 2벤딩 모드 편향에 의해, 속도 센서가 유량 튜브 및 균형 바에 연결될 수 있어 종래 기술의 단일 튜브 코리올리 유량계의 센서와 비교하여 위상 지연(민감도)이 증가된 출력 신호를 발생시킨다.
바의 질량 및 강성(stiffness)의 재분포를 포함하여 균형 바를 물리적으로 재-설계함으로써, 균형 바의 제 2 벤딩 모드 주파수가 구동 주파수보다 낮게 된다. 질량은 구동 주파수를 상승시키기 쉬운 균형 바의 중심 부분으로부터 제거되는 반면 제 2 벤딩 주파수에 거의 영향을 주지 않는다. 제 2 벤딩 모드는 중심 가까이에서 거의 진폭을 가지지 않기 때문에 질량 제거는 제 2벤딩 모드 주파수에 거의 영향을 주지 않는다. 그리하여 속도 센서 위치가 제 2벤딩 모드 진폭이 가장 큰 곳이기 때문에, 질량은 구동 주파수보다 더 큰 제 2 벤딩 모드 주파수를 낮추는 속도 센서 위치 가까이에서 균형 바에 첨가된다.
균형 바 강성은 제 2벤딩 모드의 높은 벤딩 영역에서 균형바를 훨씬 더 부드럽게 하여 변경된다. 높은 벤딩 영역은 속도 센서 위치로부터 약간 중심쪽에 있다. 이러한 영역에서 강성을 제거하면, 구동 모드에서는 이러한 영역에 거의 벤딩이 없기 때문에 구동 주파수에 거의 영향을 주지 않으면서, 제 2벤딩 모드 주파수를 크게 감소시킨다. 결과적으로, 가요성 영역(soft area) 사이에서, 균형 바의 중심 부분의 강성은 제 2 벤딩 주파수에 거의 영향을 주지 않으면서, 구동 주파수를 더 상승시키도록 증가된다.
이러한 균형 바의 물리적 변형은 바의 제 2벤딩 모드 주파수를 감소시켜서 바의 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 더 낮게 할 수 있다. 이것이 이루어지면, 유동 튜브의 코리올리 진동은 유량 튜브로부터 브레이스 바를 통해 균형 바의 단부로 전달된다.이것은 균형 바에서 유동 튜브의 코리올리 편향과 위상이 다른 코리올리형 편향을 유도한다. 이러한 편향은 코리올리 힘에 의해 편향되는 유동 튜브의 코리올리 편향과 유사한 모드 형상을 띤다는 점에서 "코리올리형(Coriolis like)"으로 지칭된다. 그러므로 본 발명의 유동 튜브 및 균형 바는 그안에서 각각의 유동 튜브가 서로 다른 유동 튜브에 대해 위상을 달리하는 코리올리 진동 응답을 띠는 듀얼 튜브 코리올리 유량계와 같이 작동한다. 결과적으로 본 발명의 단일 튜브 유량계는 듀얼 튜브 유량계의 유동 민감도를 가질 수 있다.
유동 튜브의 코리올리 편향의 위상에 대한 균형 바 제 2벤딩 모드 진동의 위상은 제 1 벤딩 모드(구동) 주파수에 대한 균형 바 제 2벤딩 모드의 공진 주파수의 관계에 의존한다. 제 2벤딩 모드 주파수는 제 2 벤딩 모드 (구동) 주파수보다 낮거나, 같거나, 클 수 있다. 제 2벤딩 모드 주파수가 구동 주파수보다 높다면, 균형 바 제 2벤딩 모드는 유동 튜브의 코리올리 유도 진동과 같은 위상으로 진동한다. 이것은 센서 위상 시프트 및 유량계 민감도를 감소시키는 경향이 있다. 균형 바의 제 2벤딩 모드 주파수가 구동 주파수보다 낮다면, 전술한 대로, 균형 바 제 2벤딩 모드는 유동 튜브의 코리올리 유도 진동과 다른 위상으로 진동하여 센서 위상 시프트 및 유량계 민감도를 증가시킨다.
유량계 민감도는 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 구동 주파수를 초과할 때 감소된다. 그 이유는 유동 튜브의 코리올리 진동과 균형 바의 제 2벤딩 모드 진동이 같은 위상이기 때문이다. 속도 센서는 위상이 같은 운동이 상쇄되는 것을 의미하는 유동 튜브 및 균형 바 사이의 상대 속도를 감지한다. 그러나, 이것은 어떤 응용에서는 유용한 실시예일 수 있다. 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 구동 주파수에 상당히 근접하다면, 그 진폭 및 위상은 유동 튜브의 반대 위상을 압도할 만큼 크게 형성될 수 있다. 이러한 구성은 유량계가 개선된 민감도를 갖는 결과를 가져온다.
그러나, 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 구동 주파수보다 낮은 구성은 유동 튜브 및 균형 바의 위상이 더해지기 때문에 선호되고 또한 균형 바가 구동 모드 및 코리올리/제 2벤딩 모드에서 유동 튜브와 균형 맞추기 쉽기 때문에 선호된다. 통상의 단일 튜브 유량계에서, 균형 바는 제 1벤딩 모드만으로 유동 튜브 흔들림 힘(shaking force)을 균형 맞춘다. 균형 바의 제 2벤딩 모드 주파수는 유동 튜브의 코리올리 모드보다 훨씬 더 높은 주파수에 있다. 그러므로, 제 2벤딩 모드는 균형 바에서 여기되지 않는다. 이것은 코리올리 힘이 불균형하게 되어 유량계가 흔들리는 원인이 된다. 유량계의 흔들림은 유량계 민감도를 변화시킬 수 있어서 오류의 원인이 된다. 유량계의 흔들림은 유량 및 고정 강성(mounting stiffness)의 함수이다.
본 발명에서, 균형 바의 제 2진동 모드는 유동 튜브의 코리올리 모드에 의해 여기된다. 제 2벤딩 모드가 구동 주파수보다 낮을 때, 유동 튜브 및 균형 바는 서로 다른 위상으로 진동하여, 균형 바의 제 2벤딩 모드의 진동하는 힘은 유동 튜브에서 코리올리 힘의 진동 효과를 상쇄할 수 있다. 균형 바의 제 2모드 진동의 진폭은 코리올리 힘이 증가하면서 증가한다. 이에 따라 모든 유량에 걸쳐 유동 튜브의 균형이 동일한 정도로 유지된다.
요약하여, 본 발명의 코리올리 유량계는, 물리적 특성에 의해 제 1벤딩 모드(구동) 주파수와 비슷하면서 약간 낮은 제 2벤딩 모드 주파수를 가질 수 있는 균형 바를 포함한다. 이에 따라 균형 바가, 유동 튜브의 코리올리 편향과 위상을 달리하는 그 자체의 코리올리형 편향을 발생시킴으로써, 유동 튜브의 코리올리 편향에 응답할 수 있게 된다. 유동 튜브의 코리올리 편향과 균형 바의 코리올리형 편향 사이의 이러한 위상차 관계는 각각의 속도 센서에서의 네트 위상(net phase) 이동을 증가시키고, 이어서 듀얼 튜브 코리올리 유량계의 민감도에 필적하는 유동에 대한 민감도를 제공한다. 더욱이, 본 발명의 균형 바는 제 1벤딩 모드 흔들림 력과 마찬가지로 코리올리 힘과 균형을 맞춘다.본 발명의 일 양태는 유동 튜브, 상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향되는 균형 바, 및 상기 유동 튜브에 상기 균형 바를 연결하는 브레이스 바 수단을 포함하는 코리올리 유량계를 작동시키는 방법으로서,상기 유동 튜브를 통해 물질을 흐르게 하는 단계,상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 구동 주파수를 가지는 구동 모드로 서로에 대해 위상을 달리하여 상기 유동 튜브 및 균형 바를 진동시켜서, 상기 진동 유동 튜브를 통해 물질을 흘린 결과로 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되고, 상기 주기적 코리올리 편향은 어떤 편향도 없는 노드 뿐만 아니라 편향의 영역에 의해서도 특징되는 단계,상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키도록 상기 유동 튜브의 속도를 탐지하는 단계, 및상기 신호의 발생에 응답하여 상기 유동 물질에 관한 정보를 구하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮도록, 상기 균형 바가 균형 바의 길이를 따라 불-균일한 질량 및 강성 분포를 가지며,상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에서 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮은 상기 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상을 달리하고, 물질 유동을 가지는 상기 진동 유동 튜브에 작용하는 주기적 코리올리 힘의 진폭에 비례하는 진폭을 가지며, 그리고 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 상기 신호는 상기 균형 바의 상기 다른 위상의 코리올리형 편향에 대하여 발생되어, 상기 신호의 진폭을 강화시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법 및 장치이다.다른 양태는 유동 튜브, 상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향되는 균형 바, 및 상기 유동 튜브에 상기 균형 바를 연결하는 브레이스 바 수단을 포함하는 코리올리 유량계를 작동시키는 방법으로서,상기 유동 튜브를 통해 물질을 흐르게 하는 단계,상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 구동 주파수를 가지는 구동 모드로 서로에 대해 위상을 달리하여 상기 유동 튜브 및 균형 바를 진동시켜서, 상기 진동 유동 튜브를 통해 물질을 흘린 결과로 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되고, 상기 주기적 코리올리 편향은 어떤 편향도 없는 노드 뿐만 아니라 편향의 영역에 의해서도 특징되는 단계,상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키도록 상기 유동 튜브의 속도를 탐지하는 단계, 및상기 신호의 발생에 응답하여 상기 흐르는 물질에 관한 정보를 구하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 더 높도록, 상기 균형 바가 균형 바의 길이를 따라 불균일한 질량 및 강성 분포를 가지며,상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에서 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 높게 되는 상기 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상이 같고, 물질 유동을 가지는 상기 진동 유동 튜브에 작용하는 주기적 코리올리 힘의 진폭에 비례하고 상기 유동 튜브의 코리올리 편향의 진폭보다 더 큰 진폭을 가지며, 그리고상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 상기 신호는 상기 균형 바의 상기 위상이 같은 코리올리형 편향에 대하여 발생되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계를 작동시키는 방법 및 장치이다.또 다른 양태에서, 상기 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브로부터 상기 브레이스 바를 통해 상기 균형 바로 연결되는 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 힘에 의해 상기 균형 바에서 유도되는 것이다.또 다른 양태는, 상기 코리올리형 편향은 상기 균형 바에서,브레이스 바 수단의 제 1단부를 구부리도록 상기 주기적 코리올리 편향에 응답하여 구부러지는 상기 유동 튜브의 단부들, 및상기 제 1단부의 상기 구부러짐에 응답하여 구부러지는 상기 브레이스 바 수단의 제 2단부에 의해, 유도된다.또 다른 양태에서, 상기 균형 바의 길이에 따른 불균일 질량 및 강성 분포가 상기 균형 바로부터 상기 브레이스 바 수단으로의 탄성의 전달이 균형 바의 상기 코리올리형 편향의 공진 주파수를 낮추게 하는 원인이 된다.또 다른 양태는 상기 균형 바에 하나 이상의 가요성 부분을 제공함과 함께, 상기 균형 바의 하나 이상의 다른 부분에는 증가된 질량을 제공함으로써, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 진동 모드의 공진 주파수를 낮추는 단계를 더 포함한다.또 다른 양태는 상기 균형 바의 하나 이상의 부분에서 보이드(void)를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법이다.또 다른 양태는 상기 코리올리형 진동 모드에서 상기 균형 바의 벤딩 모멘트가 높은 영역에 상기 균형 바의 가요성 부분을 제공하여, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 진동 모드의 공진 주파수를 낮추는 단계를 포함한다.또 다른 양태에서, 상기 진동 유동 튜브 및 상기 균형 바의 단부 노드가 상기 브레이스 바 수단에 위치되도록 배열된다.또 다른 양태는 상기 균형 바에, 단단한 부분 및 단단한 부분을 포함하지 않는 가요성 부분을 제공하는 단계를 포함한다.또 다른 양태에서, 상기 구동 모드는 제 1벤딩 모드를 포함하고 상기 균형 바의 코리올리형 진동 모드는 상기 균형 바의 제 2벤딩 모드를 포함한다.또 다른 양태는 상기 균형 바의 중심 부분을 제공하고, 상기 중심 부분의 각각의 측부에 가요성 부분을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 중심 부분의 각각의 측부에 증가된 질량을 제공한다.또 다른 양태는 상기 균형 바의 벤딩 모멘트가 높은 위치에 상기 균형 바의 가요성 부분을 제공하고 상기 제 2벤딩 모드에서 진폭이 높은 영역에 증가된 질량을 제공하는 단계를 포함한다.또 다른 양태는,물질 유동을 수용하는데 적합한 유동 튜브,상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향된 균형 바상기 균형 바를 상기 유동 튜브에 연결하는 브레이스 바 수단,상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 주파수를 갖는 구동 모드에서 상기 유동 튜브 및 상기 균형 바를 반대 위상으로 진동시키도록 배열되어, 상기 물질이 유동 튜브를 통해 흐를 때, 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되도록 하여, 상기 주기적 코리올리 편향이, 편향이 없는 노드 뿐만 아니라 편향 영역에 의해 특징지워지게하는 구동자 수단,상기 유동 튜브의 속도를 탐지하여 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키기 위한 수단, 및상기 신호의 발생에 응답하여 물질 유동 정보를 구하기 위한 수단을 포함하는 코리올리 유량계에 있어서,상기 균형 바는 상기 균형 바의 길이를 따라서 불균일 질량 및 강성 분포를 제공하는 구조를 가져서, 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮도록 하여, 상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향이, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 균형 바의 상기 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮게 되는 상기 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향이 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상을 달리하고, 물질 유동을 갖는 상기 진동 유동 튜브의 주기적 코리올리 힘의 크기에 비례하는 진폭을 가지며, 그리고상기 신호 발생 수단은 상기 균형 바의 상기 다른 위상의 코리올리형 편향에 대하여 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 상기 신호를 발생시켜서, 상기 발생된 신호의 진폭을 강화시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계이다.또 다른 양태는 물질 유동을 수용하는데 적합한 유동 튜브,상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향된 균형 바,상기 균형 바를 상기 유동 튜브에 연결하는 브레이스 바 수단,상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 주파수를 갖는 구동 모드에서 상기 유동 튜브 및 상기 균형 바를 반대 위상으로 진동시키도록 배열되어, 상기 물질이 유동 튜브를 통해 흐를 때, 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되도록 하여, 상기 주기적 코리올리 편향이, 편향이 없는 노드 뿐만 아니라 편향 영역에 의해 특징지워지게 하는 구동자 수단,상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키기 위한 수단, 및상기 신호의 발생에 대응하여 물질 유동 정보를 구하기 위한 수단을 포함하는 코리올리 유량계에 있어서,상기 균형 바는 상기 균형 바의 길이를 따라서 불-균일 질량 및 강성 분포를 제공하는 구조를 가져서, 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 높도록 하여, 상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향이 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 코리올리형 편향은 상기 균형 바의 상기 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 높게 되는 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향은, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상이 같고, 물질 유동을 갖는 상기 진동 유동 튜브에 가해지는 주기적 코리올리 힘의 크기에 비례하며 상기 유동 튜브의 코리올리 편향보다 큰 진폭을 가지며, 그리고상기 신호를 발생시키는 수단은 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향의 결합을 나타내는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계이다.또 다른 양태에서, 유동 튜브 및 균형 바를 진동시키기 위한 상기 수단이, 상기 균형 바에 상기 코리올리형 편향을 유도하도록 상기 유동 튜브로부터 상기 브레이스 바 수단을 통해 상기 균형 바에, 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 힘을 결합시킨다.또 다른 양태에서, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향이,상기 브레이스 바의 제 1단부를 구부리도록 상기 주기적 코리올리 편향에 응답하여 상기 유동 튜브의 단부들을 구부리고, 그리고상기 균형 바에 상기 코리올리형 편향을 유도하도록 상기 제 1단부의 상기 구부러짐에 응답하여 상기 브레이스 바의 제 2단부를 구부러지게 한다.또 다른 양태는 상기 코리올리형 편향에서 진폭이 높은 영역에 부가되는 질량 및 상기 균형 바에서 상기 코리올리형 편향의 벤딩 모멘트가 높은 영역 위치와 가요성 부분을 포함한다.또 다른 양태에서, 상기 구동 모드는 제 1벤딩 모드를 포함하고 상기 균형 바의 상기 유도된 진동 모드는 제 2벤딩 모드를 포함한다.또 다른 양태는 단단한 중심 부분 및 상기 단단한 중심 부분의 각의 측부에 부가된 질량을 포함한다.또 다른 양태는 상기 단단한 중심 부분의 양쪽 측부의 영역에 상기 균형 바의 가요성 부분을 포함한다.또 다른 양태는 상기 구동 주파수를 상승시키기 위해 상기 중심 부분에 보이드를 포함한다.또 다른 양태는 상기 가요성 부분은 벨로우즈를 포함한다.또 다른 양태에서, 상기 균형 바의 길이를 따른 불-균일 질량 및 강성 분포는 상기 균형 바의 탄성 및 균형 바의 제 2벤딩 모드 진동의 주파수를 감소시킨다.또 다른 양태는 상기 균형 바 상에 단단한 부재를 포함하며, 상기 균형 바 중 단단한 부재를 포함하지 않는 각 부분에는 가요성 부재를 포함한다.또 다른 양태에서, 하나 이상의 유동 튜브 및 균형 바의 진동 단부 노드가 상기 브레이스 바에 위치되도록 배열된다.또 다른 양태는 실질적으로 직선형인 유동 튜브 및 실질적으로 직선형인 균형 바를 포함한다.또 다른 양태는 곡선 부분을 가지는 유동 튜브 및 곡선 부분을 가지는 균형 바를 포함한다.또 다른 양태에서, 상기 유도 진동 모드가 상기 균형 바의 제 2벤딩 모드를 포함한다.
본 발명은 단일 튜브 코리올리 유량계에 관한 것으로, 더 세부적으로는 물질 유동에 대한 유량계의 민감도를 강화시키는 균형을 가지는 코리올리 유량계용 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징의 전술한 다른 장점들은 다음의 도면과 결합된 다음의 상세한 기술을 읽음으로서 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 단일 튜브 코리올리 유량계의 벡터 다이어그램이다.
도 2는 회전 유동 튜브를 도시한다.
도 3은 진동 유동 튜브를 도시한다.
도 4는 도 3의 유동 튜브에 인가된 코리올리 힘을 도시한다.
도 5는 도 3의 유동 튜브의 코리올리 응답을 도시한다.
도 6은 직선 튜브의 코리올리 유량계를 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 단일 튜브 코리올리 유량계의 코리올리 진동 특성을 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 유량계의 주파수 응답 곡선을 도시한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 단일 튜브 코리올리 유량계의 벡터 다이어그램이다.
도 13은 본 발명의 균형 바의 제 1 벤딩 모드의 모드 형상 및 벤딩 모멘트를 도시한다.
도 14는 본 발명의 균형 바의 제 2벤딩 모드의 모드 형상 및 벤딩 모멘트를 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 16 및 도 17은 도 15의 코리올리 유량계의 진동 응답 특성을 도시한다.
도 18은 본 발명의 코리올리 유량계의 다른 실시예를 도시한다.
도 19, 도 20, 및 도 21은 개념적인 직선 튜브 코리올리 유량계의 진동 특성을 도시한다.
도 22, 도 23 및 도 24는 본 발명의 하나의 가능한 직선 튜브 코리올리 유량계의 진동 특성을 도시한다.
도 25는 본 발명의 코리올리 직선 튜브 유량계의 다른 실시예를 도시한다.
도 26은 본 발명을 구현한, 곡선 유동 튜브를 가지고 균형 바를 감싸는 코리올리 유량계를 도시한다.
본 발명의 방법 및 장치는 유량계 민감도를 증폭시키는 균형 바를 제공하여 단일 튜브 유량계에서 민감도가 낮은 문제를 극복한다. 어떻게 문제가 극복되는지를 이해하기 위하여 유동 튜브에서 코리올리 힘의 성질, 이 힘이 유동 튜브에서 발생시키는 비틀림(distortion), 및 비틀림이 어떻게 유동 튜브를 따라 위상 시프트를 가져오는지를 이해할 필요가 있다.
도 1은 이후에 기술될 것인데, 이는 도 6의 유량계의 진동 속도의 벡터 다이어그램이다.
도 2는 튜브의 단부(201)를 중심으로 시계 반대 방향으로 회전하면서 물질이 흐르는 튜브(202)를 도시한다. 튜브(202)의 단위 길이당 코리올리 힘은 코리올리 가속도(Ac) 및 뉴우튼 법칙에 대한 방정식으로부터 유추된다.
코리올리 가속도는 다음과 같이 표현될 수 있다:
ω = 각속도
v = 유체 속도
코리올리 힘(Fc)은 다음과 같이 표현된다.
M = 유체 질량
유체 질량 M = ρAtℓ이므로,
ρ = 유체 밀도
At= 튜브 유동 영역
ℓ = 튜브 길이
그러나
튜브(200)의 각각의 부분이 같은 속도로 회전하고 질량 유량이 유동 튜브에 걸쳐 동일하기 때문에 코리올리 힘(Fc)은 튜브(202)의 길이를 따라 균일하다.
도 3은 각각의 단부(301, 302) 주위에서는 자유롭게 피벗 운동하나 단부(301, 302)에서는 병진 운동으로 고정된 직선 유동 튜브(300)를 도시한다. 유동 튜브(300)는 물질이 튜브를 통해 흐르는 동안, 기타 줄처럼 튜브의 공진 주파수로 제 1 벤딩 모드에서 진동자(D)에 의해 진동된다. 튜브의 직선(0 변위)위치(303)를 통과하여 아래로 지나감으로써, 튜브의 오른쪽 1/2이 반시계 방향으로 회전하는 동안 튜브의 왼쪽 1/2은 시계 방향으로 회전한다. 회전은 튜브 중심이 가까워짐에 따라 감소된다. 중심은 회전하지 않고 단지 병진한다.
튜브가 0 변위(303)를 통과할 때 유동 튜브(300)에서 코리올리 힘의 공간적 분포가 도 4에 도시된다. 튜브의 회전 방향이 반대이기 때문에 두개의 반쪽에 대해코리올리 힘은 반대 방향이다. 튜브의 회전이 중심에서 0으로 감소하기 때문에 코리올리 힘은 중심에서 0으로 감소한다.
도 3의 진동 튜브(300)와 도 2의 회전 튜브(202) 사이의 또 다른 주요한 차이는 진동 튜브(300)는 계속하여 회전하는 것이 아니라, 멈추고 반대 방향으로 회전한다는 것이다. 진동 방향이 역전될 때, 회전은 0이고 따라서 전체 유동 튜브의 코리올리 힘은 0이다. 그 결과 도 4의 코리올리 힘의 크기는 시간에 의하여 사인곡선으로 변하며, 도 4에서 도시된 바와 같이 유동 튜브 진동이 0 진폭 및 최대 속도를 거쳐감에 따라 최대값이 발생된다. 제 1벤딩(구동) 모드에서 유동 튜브가 그 최대 진동 진폭 및 0인 속도에 도달함에 따라 전체의 유동 튜브에서 발생하는 코리올리 힘은 0이 된다. 코리올리 힘이 유동 튜브에 대해 사인 곡선으로 인가되는 주파수는, 튜브가 진동될 때의 주파수 즉, 유동 튜브의 제 1벤딩(구동) 모드 진동 주파수와 같다.
유동 튜브(300)는 도 5에 도시된 대로 주기적 코리올리 힘에 응답하여 벤딩된다. 실선은 튜브가 구동 모드에서 0 변위를 통과해 아래로 지나갈 때 코리올리 힘에 응답하여 취하는 형상을 (크게 과장되게) 도시한다. 점선은 튜브가 구동 모드에서 0 변위를 통과해 위로 이동할 때 취하는 형상을 도시한다. 이러한 순간에 사실상 0을 통과하고 있는 튜브의 유일한 포인트는 튜브의 중간 포인트라는 것을 알 수 있다. 도 5의 형상은 제 2벤딩 모드 형상과 유사하다. 그러나, 이것은 단지 우연한 일치일 뿐이다. 유동 튜브의 제 2벤딩 모드의 주파수는 도 4의 코리올리 힘이 적용되는 주파수(제 1벤딩 모드의 주파수)보다 훨씬 더 높다. 유동 튜브가 튜브의 제 2벤딩 공진 주파수보다 훨씬 낮은 주파수에서 코리올리 힘에 의해 여기되기 때문에, 도 5의 코리올리에 의한 변형 및 도 4의 코리올리 힘은 서로 같은 위상으로 일어나다. 그러므로 유동 튜브(300)는 튜브의 구동 진동(제 1벤딩) 모드에서 0 변위 축선(303)과 교차할 때 도 5의 형상을 띤다. 물질 유동은 도 5의 코리올리 유도 진동을 도 3의 구동 진동에 중첩시킨다. 이것은 도 6에 도시된다. 두 진동 모두 제 1벤딩 모드 구동 주파수에서 일어난다.그러나 이들은 서로로부터 90도 시프팅된 위상이다. 제 1벤딩 모드가 축선(303)을 따라 0변위에 있을 때 코리올리 유도 변위가 최대값(실선)으로 된다. 제 1벤딩 모드가 최대 변위(점선)일 때 코리올리 변위는 0이 된다. 도 6은, 유동 튜브(300)가 0 축선(303)과 교차하는 순간에 코리올리 편향이 관련되는 한, 유동 튜브의 상태를 나타낸다는 점에서 도 4와 유사하다. 이 순간 및 이 순간에만, 코리올리 힘 및 코리올리 유도 편향은 최대 진폭에 있다. 도 4에 대해 이미 설명한 대로, 유동 튜브(300)의 편향이 위쪽 또는 아래쪽 방향으로 최대에 도달할 때 코리올리 힘은 감소하여 0이 된다. 이 순간에, 유동 튜브의 속도는 0이고 인가된 코리올리 힘 및 결과적인 코리올리 편향도 0이다. 그러므로, 유동 튜브(300)가 구동 신호에 의해 최대 포지티브 및 네거티브 편향 사이에서 튜브의 제 1벤딩 모드에서 사인곡선으로 진동될 때 도 5에 도시된 사인곡선의 코리올리 응답은 구동 주파수의 진폭에서 사인곡선으로 변한다. 도 5 및 도 6에 도시된 코리올리 변위의 진폭은 명료함을 위해 크게 과장되었다. 제 1벤딩 모드는 유동 튜브의 공진 주파수로 구동되나 코리올리 모드는 그렇지 않기 때문에 진폭은 유동 튜브(300)의 제 1벤딩 모드의 진폭보다 사실상 훨씬 더 작다.
종래 기술의 유량계에서 물질 유동에 관한 위상 지연은 유동 튜브의 제 1벤딩 (구동) 모드 및 코리올리 편향의 중첩의 결과이다. 도 5에서 왼쪽 속도 센서(SL)전에 오른쪽 속도 센서(SR)가 0 변위와 교차하는 것이 나타나 있다. 왼쪽 센서 및 그 출력 전압은 오른쪽 센서 및 그 출력 전압보다 지연된다고 말할 수 있다. 역으로, 오른쪽 센서(SR)는 왼쪽 센서(SL)의 위상에 앞선다고도 말할 수 있다. 이어서 위상 차(또는 시간 지연)는 차례로 질량 유량에 비례하는 코리올리 유도 변위의 진폭에 비례한다.
본 발명은 균형 바의 다양한 모드 형상의 주파수 순서를 시프팅하는 것을 포함한다. 진동 모드는 그들의 주파수 순서가 아니라 그들의 형상에 따라 정의된다. 이후 제 1벤딩 모드는 도 3에 도시된 것을 의미한다. 제 2벤딩 모드는 도 5에서 도시된 형상을 취할 것이다. 유용한 규칙은 모드 수가 노드수-1과 동등하다는 것이다. 제 1벤딩 모드는 (단부에) 2개의 노드를 가지고 있다. 제 2벤딩 모드는 3 개(양단부와 중심에)의 노드를 가지고 있다. 이러한 방식으로 계속하여, 제 3벤딩 모드는 4개의 노드를 가지고 있다.
통상적인 단일 튜브 코리올리 유량계에서, 균형 바는 제 1벤딩 모드에서 진동만하고 유동 튜브의 코리올리 힘에 어떠한 응답도하지 않는다. 도 6은 단부에서 브레이스 바(603, 604)에 의해 연결된 균형 바(602) 및 유동 튜브(601)를 가지는 단일 튜브 코리올리 유량계(600)를 도시한다. 도 6의 실선은 물질이 유동하는 제 1 벤딩 (구동) 모드에서 0 변위 축선(303)과 교차될 때의 유동 튜브(601) 및 균형 바(602)를 도시한다. 도 6에서 균형 바(602)는 어떠한 코리올리 편향도 나타나지않는다. 점선은 제 1벤딩 (구동) 모드에서 유동 튜브 및 균형 바의 진동의 바깥쪽 한계를 도시한다.
도 1은 도 6에서 나타나는 통상의 단일 직선 튜브 코리올리 유량계에 의해 발생되는 진동 속도를 설명한 벡터 다이어그램이다. 오른쪽 속도 센서(SR)에서 튜브의 응답은 벡터(103)인데, 이 벡터(103)는 벡터(103)와 실수축(102) 사이의 각에 의해 나타나는 앞선 위상, Φtube를 갖는다. 균형 바는 유동 튜브에서 발생된 코리올리 힘에 의해 영향받지 않기 때문에 균형 바의 진동 속도는 축선(102)으로부터 같은 위상으로 시프팅되지 않는다. 균형 바 벡터(106)는 실수축(102)을 따라 도시되고 VBal bar로 명명된다. 유동 튜브 및 균형 바 속도의 벡터 합은 벡터(105)이다. 벡터(105)는 유동 튜브 및 균형 바의 결합된 벡터 속도 및 위상을 나타내면서 위상 각(Φnet)을 갖는다. 오른쪽 센서(SR)에서의 네트 위상 각은 튜브만에 대한 위상 각보다 더 작다는 것을 알 수 있다. 위상 각(및 민감도)의 감소는 통상의 단일 튜브 유량계에서 균형 바의 위상 시프트가 없는 것에 기인한다.
도 7에 도시된 대로, 본 발명의 일 실시예는 제 2벤딩 모드 공진 주파수가 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 약간 낮은 균형 바를 제공한다. 유동 튜브(601)의 코리올리 유도 편향은 브레이스 바(603, 604)에 의해 균형 바(602)에서 제 2벤딩 모드를 여기시킨다. 제 2벤딩 모드에서 균형 바(602) 진동의 진폭은 유동 튜브(601)의 코리올리 편향 진폭에 비례하며, 따라서 물질 유량에 비례한다. 도 7의 균형 바의 제 2 벤딩 모드에서 균형 바(602)의 진동 진폭은 또한 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수와 균형 바 제 2벤딩 모드 공진 주파수 사이의 간격(separation)의 함수이다. 균형 바의 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수에 더 가까울수록 제 2벤딩 모드에서 균형 바의 진동 진폭은 더 커진다. 이러한 관계는 도 9에 세부적으로 도시되는데 도 9는 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수와 제 2 벤딩 모드 공진 주파수 사이의 비율에 대한, 균형 바의 제 2벤딩 모드에서 진동 진폭의 그래프이다. x축(902)은 균형 바의 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수와 제 2벤딩 모드 공진 주파수 사이의 비율을 나타낸다. y축(901)은 균형 바(602)의 코리올리 응답의 증폭 인자(amplification factor)를 나타낸다. 도시된 대로, 균형 바(602)에 유도된 코리올리 응답은 구동 주파수와 균형 바의 제 2벤딩 모드 공진 주파수 사이의 비율이 1.0일 때 최대이다. 균형 바의 코리올리 응답(904)은 도 9의 두 개의 주파수의 비율이 1.0보다 더 커짐에 따라 최대로부터 0으로 감소한다. 균형 바의 코리올리 응답은 또한 이러한 두개의 주파수의 비율이 1보다 작아짐에 따라 그 최대값으로부터 감소한다. 도 9는 두개의 주파수가 상대적으로 가까워질 때, 균형 바의 제 2벤딩 모드에서 진동 진폭(Abb)은 유동 튜브(601)의 코리올리 유도 진폭보다 훨씬 더 높을 수 있음을 나타낸다. 이후 설명되는 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예는 제 2 벤딩 모드 공진 주파수가 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 약간 더 낮은 조건하에서 코리올리 유량계를 작동시킨다. 이러한 조건하에서 주파수 비율은 1보다 약간 더 크다. 또 다른 실시예에서, 두 개의 주파수 사이의 비율은 1보다 약간 작을 수 있다. 이 때, 도 9의 균형 바의 응답(904)이 1.0의 비율을 나타내는 횡좌표(903)의 약간 왼편이도록 코리올리 유량계는 작동된다.
유동 튜브의 코리올리 편향의 위상에 대한 균형 바 제 2벤딩 모드 진동의 위상은 도 10에 도시된 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수에 대한 제 2 벤딩 모드 공진 주파수의 관계에 의존한다. 균형 바에서 제 2벤딩을 여기시키는 것은 구동 모드가 아니라, 오히려 구동 주파수에서 발생하는 유동 튜브의 코리올리 편향임을 주목할 필요가 있다. 균형 바 제 2 벤딩 모드 공진 주파수가 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 더 높다면(1.0보다 작은 비율), 균형 바 제 2 모드는 도 8에 도시된 유동 튜브 코리올리 진동의 위상으로 진동한다. 균형 바 제 2모드 주파수가 구동 주파수보다 낮으면(1.0보다 큰 비율), 균형 바 제 2모드는 도 7에서 도시된 유동 튜브 코리올리 진동과 다른 위상으로 진동한다.
균형 바 제 2벤딩 모드가 도 7에서의 유동 튜브 코리올리 편향과 다른 위상일 때 오른 쪽 속도 센서(SR)의 자석 및 코일이 유동 튜브의 중간 포인트에 앞서는 동안 왼쪽 속도 센서 (SL)의 자석 및 코일은 유동 튜브 중간 포인트보다 지연된다. 각각의 센서의 신호 출력은 종래 기술 유량계에서와 같이 균형 바의 0 위상 시프트(도 1)에 의해 감소된 위상을 더이상 갖지 않는다. 더우기, 균형 바(602) 제 2벤딩 모드(및 그로 인한 속도 센서 위상 시프트)의 진동 진폭은 공진 주파수가 구동 주파수에 가깝도록 설계하여 크게 증가될 수 있다. 이에 따라 유량계 민감도가 크게 증가된다.
제 1 벤딩 모드 (구동) 주파수보다 약간 낮은 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수를 갖는 코리올리 유량계용 벡터 다이어그램은 도 11에 도시된다. x축(1102)은 벡터의 실수 속도 성분을 나타낸다. y축(1101)은 벡터의 허수 성분을 나타낸다. 도시된 대로, 유동 튜브 속도 벡터는 1104이고, 유동 튜브 벡터(1104)의 위상 시프트(Φtube)는 균형 바 벡터(1103)의 위상 시프트(Φbal bar)보다 작다. 속도 센서(SR)에서의 네트 신호는 균형 바 벡터(1103) 및 유동 튜브 벡터(1104)의 벡터 합(위상 및 진폭)이다. 벡터(1105)는 속도 센서(SR)의 네트 출력 신호를 나타내고, 이것은 x축에 대한 위상 차(Φnet)를 갖는다. 센서(SR)의 네트 위상이 유동 튜브의 위상보다 더 크기 때문에, 이러한 기하학적 모양은 도 1에 도시된 벡터 다이어그램이 도 6의 종래의 유량계보다 더 큰 민감도를 갖는다.
도 8은 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 약간 높은 실시예를 도시한다. 유동 튜브(601) 및 균형 바(602)는 제 1벤딩 모드에서 서로 다른 위상으로 구동되어, 코리올리-제 2벤딩 모드에서 위상이 같은 결과를 가져온다. 이것은 각각의 속도 센서의 두 부분(자석 및 코일)이 위상에서 서로 상쇄되는 원인이 된다. 도 8에서 균형 바의 속도 센서(SR)의 구성 성분이 아직 제로축과 교차하지 않은 한편(지연 위상), 유동 튜브의 오른쪽 속도 센서(SR)의 구성성분은 이미 제로 축과 교차(앞선 위상)하였다. 이러한 두 속도 벡터가 더해질 때, 이들은 센서 전압 출력을 위한 것이므로, 앞선 위상과 지연 위상은 서로 상쇄되는 경향이 있다. 이들은 왼쪽 센서(SL)에 대해서도 마찬가지다. 그 결과 유량계 민감도가 감소된다.
도 12는 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 약간 낮은 제 2벤딩 모드 주파수를 갖는 균형 바를 위한 벡터 합을 도시한다. 유동 튜브의 오른쪽 센서 구성 요소의 속도 벡터(1204)는 각도(Φtube)만큼 x축(1202)으로부터 벗어난다. 유동 벡터(1204) 및 균형 바 벡터(1203)의 벡터 합은 벡터(1205)이고 이것은 각도(Φnet)만큼 x축(1202)으로부터 벗어난다. 도시된 대로, 벡터(1205)의 네트 위상은 지금 음의 제4분면에 있다. 유동 튜브 양의 위상에 더해진 균형 바의 음의 위상은 충분히 커서 위상(및 민감도)을 음의 영역으로 감소시켰다. 이것이 의미하는 것은 양의 물질 유동에 의해, 음의 방향으로 나타난 유동이 귀결된다는 것이다. 이것은 지시된 유량에서 부호를 바꿈으로서 처리될 수 있으나, 구동 주파수보다 약간 높은 균형 바 제 2벤딩 주파수를 갖는 것이 덜 선호되는 또 다른 이유가 있다.
균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 구동 모드 주파수보다 낮은 도 7의 구성은 또한 유량계 균형을 개선하는데도 바람직하다. 이러한 구성에서 유동 튜브(601)의 코리올리 힘은 균형 바의 제 2벤딩 모드 응답에 의해 균형이 맞춰질 수 있다. 종래의 단일 튜브 코리올리 유량계에서, 균형 바는 제 1벤딩 (구동) 모드에서만 유동 튜브의 관성력이 동적으로 균형 잡히게 된다. 균형 바의 제 2벤딩 모드는 (구동 주파수에서 발생하는) 유동 튜브 코리올리 변형보다 훨씬 더 높은 주파수에 있다. 그러므로, 제 2벤딩 모드는 종래의 단일 튜브 코리올리 유량계의 균형 바에서 여기되지 않는다. 이것은 도 6에서와 같은 불균형한 코리올리 힘으로 귀결되어 유량계가 흔들리게(shaked) 한다. 유량 및 고정 강성 양자의 함수인 흔들림 진폭에 의해 유량계의 민감도가 변화될 수 있는데, 이는 속도 센서와 진동 단부 노드 사이의 거리가 바뀌기 때문이다. 대체로 고정 강성이 알려지지 않았기 때문에, 민감도 시프트는 예측되거나 보정될 수 없다.
본 발명의 코리올리 유량계에서, 균형 바의 균형 바 제 2벤딩 모드는 유동 튜브의 코리올리 편향에 의해 여기된다. 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 낮을 때, 두 모드는 서로 다른 위상으로 진동하고 균형 바의 제 2벤딩 모드의 관성 진동 힘은 도 7에서 도시된 유동 튜브의 코리올리 힘의 흔들림 효과를 대부분 상쇄한다. 제 2벤딩 모드를 위한 균형 바의 여기 소스가 유동 튜브의 코리올리 편향이기 때문에, 유동 튜브의 코리올리 힘이 증가함으로써, 균형 바의 제 2벤딩 모드의 진동 진폭은 증가한다. 이에 의해, 모든 유량에 걸쳐 동일한 정도의 동적 균형이 제공된다.
지금까지 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 높은 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수를 갖는 실시예 및 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 낮은 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수를 가지는 양호한 실시예의 두가지 실시예가 설명되었다. 제 3의 가능한 실시예는 2개의 주파수를 동등하게 하는 것이다. 이것은 가능하고, 가장 민감하고 가장 잘 균형 맞춰진 실시예이다. 그러나, 이것은 하나의 중요한 문제를 가지고 있다. 유동 튜브 및 균형 바는 (이제는 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수와 동등한) 그들의 제 1벤딩 모드에서 구동된다. 유동 튜브와 관련된 질량이, 흐르는 물질의 밀도와 함께 변하기 때문에 제 1벤딩 모드의 진동 주파수는 흐르는 물질의 밀도와 함께 변한다. 그러나, 균형 바 제 2벤딩 모드의 주파수는 어떤 유체도 포함하지 않기 때문에 유체 밀도와 함께 두드러지게 변하지 않는다. 이것은 두개의 주파수(구동 및 제 2벤딩 주파수)가 단지 하나의 물질 밀도에 대해 부합(match)하는 상황을 발생시킨다. 더 가벼운 물질에 대해, 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수는 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 낮고, 더 무거운 물질에 대해 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수는 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 높다. 그 다음에, 가벼운 물질에 대해, 물질 튜브 및 균형 바는 제 2벤딩-코리올리 모드에서 다른 위상으로 진동하고, 무거운 물질에 대해 유동 튜브 및 균형 바는 제 2벤딩-코리올리 모드에서 같은 위상으로 진동한다. 더우기, 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 구동 주파수에 아주 근접하여 있을 때 유량계 민감도 진폭은 물질 밀도에 따라 크게 변한다(도 9). 이러한 유량계 민감도 변화는 주파수에 기초하여 전자적으로 보정될 수 있다. 그러나, 유량계 안정성을 높이기 위해, 최적의 설계는 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 구동 모드 주파수보다 훨씬 충분히 낮게 하여 어떤 예견된 포함된 물질 밀도도 주파수가 부합하지 않도록 할 수 있다. 최적 설계는 또한 균형 바 제 2벤딩 모드에서 균형 바를 여기시킬 만큼 가까운 주파수를 갖는다.
설계 세부 사항
전술한 설명은 제 1벤딩 모드 구동 주파수에 대한 균형 바의 제 2벤딩 모드 주파수의 바람직한 관계를 다루었다. 바람직한 실시예는 밀도가 높은 물질에 의해 두개의 주파수가 교차하지 않도록 하기 위하여 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 상당히 낮은 제 2벤딩 모드의 주파수를 갖는다. 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 낮은 제 2벤딩 모드 주파수를 갖는 것은 몇몇의 사람들이 불가능하다고 말하는 독특한 상황이다. 이것은 다음의 설계 세부 사항에 의해 달성될 것이다.
진동 구조의 공진 주파수를 결정하는 두 개의 인자는 질량과 탄성률이다. 공진 주파수에 대한 방정식은
여기서,
K = 탄성률(spring rate)
M = 질량이다.
제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 낮은 제 2벤딩 모드의 주파수를 얻기 위하여, 탄성률과 질량이 제 1벤딩 모드(구동) 주파수를 상승시키고 제 2벤딩 모드 주파수를 낮추도록 통상의 균형 바에 변화가 발생되어야 한다. 질량을 증가시키고 탄성률(강성)을 낮추는 것은 주파수를 낮추는데 기여한다. 제 1벤딩 모드 구동 주파수보다 더 낮도록 제 2벤딩 모드의 공진 주파수를 낮추기 위해서는 하나의 모드가 다른 하나의 모드보다 더 중요하게 되는 영역에서 균형 바의 질량 및 강성이 변형될 필요가 있다. 낮은 진동 진폭의 영역에서 질량을 바꾸는 것은 거의 효과가 없다. 마찬가지로 낮은 벤딩 모멘트 영역에서 강성(K)을 바꾸는 것도 효과가 없다.
도 13 및 도 14는 균형 바(1301)의 제 1 및 제 2벤딩 모드의 모드 형상 및 벤딩 모멘트 다이어그램을 도시한다. 제 1벤딩 모드에서 K를 완화시키지(낮추지) 않고 제 2벤딩 모드에서 K를 완화시키기 위하여, 균형 바(1301) 강성은 균형 바의 벤딩 모멘트가 제 1벤딩 모드에서 0에 가깝고 벤딩 모멘트가 제 2벤딩 모드에서 높게 되는 영역에서 감소될 수 있다. 도 13 및 도 14의 점선(i, ii)은 1306 및 1308인 두개의 영역을 나타낸다. 제 1벤딩 모드의 영역(1306, 1308)에서 유동 튜브가 상대적으로 직선이고 낮은 벤딩 모멘트를 가지기 때문에 이러한 영역에서 균형 바(1301)의 강성(K)을 낮추는 것은 도 13의 제 1벤딩 모드의 주파수에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러므로, 강성 및 영역(1306, 1308)을 낮추는 것은 제 1벤딩 모드(구동) 주파수에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 도 14에 도시된 대로, 영역(1306, 1308)은 제 2벤딩 모드에 대한 높은 벤딩 모멘트를 갖는다. 그러므로, 균형 바의 영역(1306, 1308)에서 균형 바의 강성 또는 탄성률을 낮추는 것은 제 2벤딩 모드 주파수를 낮춘다.
균형 바(1301)의 제 1벤딩 모드 주파수는, 제 1벤딩 모드에서 높은 벤딩 모멘트를 갖고 제 2벤딩 모드가 0에 가까운 벤딩 모멘트를 갖는 영역에서 강성을 증가시킴으로써, 상승될 수 있다. 도 14의 선(iii)은 1307인 영역을 도시한다. 도 13 및 도 14를 정밀 조사하면 영역(1307)에서 균형 바(1301)는 도 13의 제 1벤딩 모드에서 높은 벤딩 모멘트를 가지고 도 14의 제 2벤딩 모드에서 낮은 벤딩 모멘트를 가진다는 것을 나타낸다. 그러므로, 영역(1307)에서 증가된 강성을 가지는 균형 바는 도 14의 제 2벤딩 모드 주파수가 변하지 않는 동안 더 높은 구동 주파수를 가질 것이다.
제 1벤딩 모드 주파수에 대해 제 2벤딩 모드 주파수를 더 낮추기 위해, 균형 바(1301)의 질량은 제 2벤딩 모드에서 높은 진폭 및 제 1벤딩 모드에서 낮은 진폭을 갖는 영역들에서 증가될 수 있다. 이것은 도 13 내지 도 17의 영역(i, ii)이다. 또한, 도 13 내지 도 17에서 균형 바(1301)의 선(iii) 부분에서 질량을 감소시키는 것은 제 2벤딩 모드 주파수와 충돌하는 일없이 구동 주파수를 증가시킨다. 그렇기 때문에, 도 13 및 도 14에 도시된 대로, 제 1벤딩 모드에 대한 진동 진폭은 영역(1307)에서 높은 반면에, 도 14에 도시된 대로, 제 2벤딩 모드에 대한 진동 진폭은 낮다. 그러므로 균형 바의 영역(1307)으로부터 소정의 질량을 제거하는 것은 구동 주파수를 상승시키나 제 2벤딩 모드 주파수에 영향을 주지 않는다.
도 15는 이러한 설계의 실시예를 도시한다. 균형 바(1503) 강성은 중심 영역 요소(1506)의 한쪽 측면상의 부분(1508, 1509)에서 물질을 제거하여 감소된다. 이것은 제 2벤딩 주파수를 상당히 낮추는 반면 구동 주파수를 단지 약간 상승시킨다. 또 질량(1504, 1505)은 감소된 강성 영역(1508, 1509)의 바깥쪽의 균형 바(1503)에 첨가된다. 이것은 제 2벤딩 모드 주파수를 더욱 낮춘다. 질량은 균형 바(1503)의 중심 부분(1506)으로부터 보이드(1507, void)를 남기면서 제거된다. 도 16은 결과적인 구동 모드 형상을 도시하고 도 17은 도 15의 유량계에 대한 결과적인 코리올리-제 2벤딩 모드 형상을 도시한다.
도 18은 균형 바 강성을 감소시키기 위해 벨로우즈(bellows, 1808, 1809)을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 18의 실시예는 도 15의 요소(1506)에 대비되는 중심 요소(1806)를 갖는다는 점에서 도 15, 도 16 및 도 17의 실시예와 유사하다. 또한 도 18의 실시예는 도 15의 요소(1507)에 필적하는 질량 감소 영역(1807)을 가진다. 그것은 또한 도 15의 첨가된 질량에 필적하는 질량(1504, 1505)을 첨가한다. 도 18의 고정 벨로우즈(1808, 1809)는 도 15의 요소(1508, 1509)에 필적하는 강성을 감소시킨다. 도 18의 실시예의 이러한 특성은 도 15의 실시예에 대한 경우와 같은 방법으로 구동 주파수를 상승시키고 제 2벤딩 모드의 주파수를 낮추는데 기여한다.
도 15 내지 도 18에 대해 기술된 이러한 설계 특징은 균형 바(1503)의 제 2벤딩 모드 주파수를 겨우 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수 아래로 낮출 수 있다. 이것은 균형 바(1503)의 중심 부분이 어떤 질량도 가지지 않고 균형 바의 감소된 강성 영역이 어떤 강성도 가지지 않는다고 가정함으로써 예시될 수 있다. 이러한 가장 극단적인 경우에서, 균형 바의 중심 부분은 완전히 무시되고 균형 바(1503)는 두개의 독립한 외팔보(cantilever) 빔(1511, 도 19)처럼 움직인다. 그리하여 제 1벤딩(구동) 모드 형상은 도 20과 같이 보이고 코리올리-제 2벤딩 모드 형상은 도 21처럼 보인다. 도 20의 구동 주파수에서는 두개의 균형 바 빔 단부(1511)는 같은 위상이고 도 21의 제 2벤딩 모드에서는 서로 다른 위상인 점을 제외하고 구동 모드와 제 2벤딩 모드 간에는 균형 바 형상에서 어떤 차이점도 없다. 바 단부가 연결되지 않았기 때문에, 서로에 대한 이들의 위상 관계는 두 바의 공진 주파수에 어떤 차이도 없다. 그러므로 도 21의 제 2벤딩(다른 위상) 모드는 도 20의 제 1벤딩(같은 위상) 모드와 동등한 주파수를 갖는다.
제 2벤딩 모드 주파수를 구동 주파수 아래로 낮추는 것이 필요한 최종 설계 특징은 균형 바의 스프링 강성을 변경하여 제 1벤딩 모드보다 제 2벤딩 모드에서 더 작은 강성을 가지도록 하여 달성될 수 있다. 이러한 설계 특징의 본질은 균형 바가 극단적으로 단단하게 제조되어[도 22의 두개의 감소된 강성 존(1508, 1509)을 제외하고] 굽힘의 대부분이 브레이스 바(1502)에서 일어난다는 것이다. 그러므로균형 바(1503)의 네트 강성은 균형 바(1503)와 유동 튜브(1501)사이의 진동 진폭의 함수가 된다. 균형 바는 구성 요소(1511)에서 단단하게 제조된다. 이것은 균형 바(1503)로부터 유효 스프링(effective spring)을 제거하고 이 스프링을 단부 노드에 인접하도록 브레이스 바(1502)에 집중시키는 효과를 가진다. 그러므로 노드 영역을 이동시키는 것은 균형 바의 유효 탄성률에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
도 22에서 유동 튜브(1501) 및 균형 바(1503)는 동등한 구동 모드 진동 진폭을 가진다. 도 23은 0에 가까운 유동 튜브 진동 진폭과 결합하는 동일한 균형 바 구동 모드 진동 진폭을 도시한다. 두 도면에서, 브레이스 바(1502)는 유동 튜브(1501)와 균형 바(1503) 사이의 고정 노드 평면(2201)을 가진다. 고정 노드 평면(2201)은 제로 진동 평면이고 유동 튜브 또는 균형 바와 함께 진동하지 않는다. 도 22에서, 동등한 진동 진폭 때문에, 고정 노드 평면(2201)은 유동 튜브(1501)와 균형 바(1503) 사이의 대략 중간 거리에 위치된다. 도 23에서, 유동 튜브(1501)는 훨씬 더 낮은 진동 진폭(및 더 큰 질량)을 가지므로, 브레이스 바(1502)에서 고정 노드 평면(2201)은 유동 튜브(1501)에 매우 가깝게 위치된다. 시스템 동력학에 관련하여 보면, 고정 노드 평면(2201)은 각각의 브레이스 바(1502)에서 균형 바(1503) 스프링 영역의 단부를 나타낸다. 도 22의 균형 바(1503)의 더 짧은 유효 스프링은 도 23의 균형 바(1503)의 더 긴 유효 스프링보다 균형바에 더 높은 유효 강성을 제공한다. 브레이스 바(1502)에 자리잡은 균형 바(1503)의 대부분의 스프링 기능에 의해, 더 높은 유동 튜브/균형 바 진폭 비율은, 더 낮은 진폭 비율에 의한 것보다 더 짧고 더 단단한 유효 균형 바 스프링 영역을 가져온다. 그러므로 코리올리-제 2벤딩 모드에서보다 제 1벤딩 (구동) 모드에서 더 높은 유동 튜브/균형 바 진폭 비율을 갖도록 유량계를 설계함으로써, 코리올리-제 2벤딩 모드가 제 1벤딩 (구동) 모드보다 더 낮은 공진 주파수를 가지는 결과를 가져온다. 이것은 아래에서 설명된다.
구동 모드에서 진동의 진폭 비율은 두개의 진동 부재의 질량 및 강성에 의해 결정된다. 튜브(1501) 및 균형 바(1503)가 같은 공진 주파수를 가지고 있다면(그리고 진동 부재들이 동적으로 균형 맞춰진 유량계에 대한 것이어야 한다) 다음 관계가 성립한다.
또한, 운동량 보존 법칙이 성립한다.
진동 진폭 비율이 질량 비율의 역이고 또한 질량 비율 및 강성 비율이 같아야 한다는 것은 두개의 법칙으로부터 보여질 수 있다.
그러므로, 균형 바(1503)가 유동 튜브(1501)보다 더 낮은 진동 진폭을 가지기 위해, 균형 바는 유동 튜브보다 더 높은 질량 및 강성을 가질 필요가 있다.
구동 주파수는 다음의 방법으로 코리올리 제 2벤딩 모드 주파수보다 높게 상승된다. 유동 튜브(1501)와 균형 바(1503) 사이에서 제 1벤딩 모드의 진동 진폭 비율은 높게 한다. 이것은 유동 튜브(1501)와 비교하여 균형 바(1503) 및 균형 바 구성 요소(1511)를 무겁고 단단하게 하여 이루어진다. 그 결과로 브레이스 바(1502)에서 고정 노드 평면(2201)은 균형 바(1503)에 가깝게 된다. 이것은 균형 바(1503, 구동모드에서)의 탄성률을 높게 발생시킨다. 그러나 코리올리 제 2벤딩 모드에서 진폭 비율은 반대이다. 유동 튜브 코리올리 편향 진폭은 코리올리 힘에 의한 공진 주파수에서 구동되지 않기 때문에 낮다. 제 2벤딩 모드에서 균형 바 진폭은, 균형 바의 제 2벤딩 모드 공진 주파수에서 또는 근처에서 유동 튜브(1501)의 코리올리 편향에 의해 여기되기 때문에 높다. 그리하여 코리올리 제 2벤딩 모드에서 유동 튜브/균형 바 진동 진폭 비율은 낮고 고정 노드 평면이 유동 튜브(1501)에 더 가깝게 되는 결과를 가져온다. 이것은 균형 바 스프링이 상대적으로 길고 코리올리 제 2벤딩 모드에서 균형 바 탄성률이 낮게 한다. 이것은 제 2벤딩 모드 주파수를 낮춘다. 낮은 진폭 비율을 갖는 코리올리 제 2벤딩 모드는 도 24에 도시된다. 진동 진폭 비율이 구동 모드에서 높고 코리올리 제 2벤딩 모드에서 낮기 때문에, [브레이스 바(1502)에 자리잡은] 균형 바 스프링은 코리올리 제 2벤딩 모드에서보다 구동 모드에서 더 단단하다. 이것은 제 2벤딩 모드가 제 1벤딩 구동 모드보다 실제로 더 낮은 주파수를 가지게 할 수 있다.
요약하면, 본 발명을 특징을 갖는 4개의 특성이 있다. 첫째로, 균형 바(1503)의 강성은 균형 바의 중심 영역(1506)의 양 측면에서 감소된다. 이것은 균형 바 제 2벤딩 공진 주파수를 낮춘다. 이것은 가요성이고 낮은 탄성률을 갖는 구성 요소(1508, 1509)에 의해 이루어진다. 둘째로, 균형 바(1503)의 질량은 중심 영역(1506)에서 감소되고 강성이 감소된 영역(1508, 1509)의 바로 바깥쪽에서 증가된다. 이것은 구동 주파수를 증가시키고 균형 바 제 2벤딩 모드 주파수를 낮춘다. 셋째로, 균형 바(1503)는, 진동 구조의 많은 스프링이 브레이스 바(1502)에서 발생하도록, 균형 바 빔 구성 요소(1511)에서 단단하게 제조된다. 이것은 균형 바 스프링 강성이 유동 튜브와 균형 바 사이의 진동 진폭 비율의 함수가 되게 한다. 넷째로, 유동 튜브(1501) 및 균형 바(1503)의 상대 질량 및 강성은, 진동 진폭 비율(유동 튜브/균형 바)이 코리올리-제 2벤딩 모드에서보다 구동 모드에서 더 높도록 정해진다는 점이다. 이것은 균형 바 제 2벤딩 모드가 제 1벤딩 (구동) 모드보다 약간 더 작은 공진 주파수를 가지도록 허용한다. 본 발명을 구현하는 코리올리 유량계의 민감도 강화를 달성하기 위하여 이러한 설계 특징의 모두를 사용하는 것이 불필요할 수 있다. 다만 이러한 특징을 충분히 이용하여 균형 바(1503) 제 2벤딩 모드 주파수를 구동 주파수보다 낮게 감소시킬 필요가 있다.
본 발명의 전술한 실시예는 유동 튜브 옆에 평행 균형 바를 구비한 단일 직선 튜브의 형태를 가진다. 이는 단지 본 발명의 진보적인 개념을 명확히 하기 위한 것이다. 본 발명의 원리와 설계 상의 특징은 중심 균형 바를 구비한 단일 곡선 튜브 유량계(도 26)뿐만 아니라 중심 균형 바(도 25)를 구비한 단일 직선 튜브 코리올리 유량계에도 동등하게 잘 적용된다. 바람직한 실시예는 도 25의 중심이 같은 균형 바를 구비한 단일 직선 튜브이다. 도 25 및 도 26은 명료함을 위해, 유동 튜브가 보여질 수 있도록 균형 바의 앞 부분 절반이 제거되었다. 도 25는 가장 간단하고 가장 콤팩트한 실시예이다. 민감도 강화 균형 바(2503)는 정확도가 곡선 튜브코리올리 유량계와 비길 수 있는 포인트까지 민감도를 증가시킨다.
도 25의 실시예는 균형 바(2503)가 유동 튜브(2501)를 동심으로 둘러싸고 있다는 것을 제외하고 도 22 내지 도 24의 실시예와 유사하다. 균형 바(2503)는 브레이스 바(2502)에 의해 단부에서 유동 튜브(2501)에 연결된다. 균형 바(2503)의 중심 부분은 보이드(2507) 때문에 무게가 가볍다. 부분(2508, 2509)은 강성이 감소된 부분이다. 균형 바(2503)에는 또한 도 22 내지 도 24의 구성 요소(1504, 1505)에 대응하는 질량 구성 요소(2504, 2505)가 부가된다. 도 25의 실시예의 이러한 설계는 균형 바의 제 2벤딩 모드 주파수가 제 1벤딩 모드 (구동) 주파수보다 약간 더 낮도록 허용하고 도 22 내지 24의 실시예에 대해 전술한 동일한 장점을 제공한다.
도 26은 유동 튜브(2601) 및 이를 동심으로 둘러싸는 균형 바(2603)가 직선이 아니라 영역(2615, 2616)에서 수평으로부터 위로 꺾어 연장하여 영역(2617, 2618)에서 수직으로부터 수평으로 변화하는 것을 제외하고 도 25의 실시예와 대부분의 면에서 유사한 실시예를 설명한다. 브레이스 바(2603)의 중심 부분(2606)은 낮은 탄성률을 추가적으로 갖는 보이드 및 연장된 구성 요소(2608, 2609)를 포함하는 질량이 작은 영역(2607)를 갖는다. 구성 요소(2604, 2605)는 도 25의 실시예에서 구성 요소(2504, 2505)가 하는 동일한 방식으로 그리고 도 22 내지 24의 실시예에서 구성요소(1504, 1505)가 하는 동일한 방식으로 추가적인 질량을 제공한다.
도 25에서, 유량계 전자 구성 요소(2420)는 공진 주파수에서 서로 다른 위상으로 유동 튜브(2501) 및 균형 바(2503)를 진동시키도록 인접한 자석(M)과 함께 작동하는 구동자(D)에, 경로(2423)를 통해 구동 신호를 인가한다. 진동 유동 튜브에서 물질 유동으로써, 코리올리 힘은 종래 기술에서 잘 알려진 오른쪽-부분에 대하여 위상을 달리하는 왼쪽-부분을 편향시키도록 유동 튜브에 인가된다. 이러한 코리올리 편향은 왼쪽 센서 (SL) 및 오른쪽 센서(SR)에 의해 탐지된다. 코리올리 편향을 나타내는 신호는 흐르는 물질에 관한 출력 정보를 발생시키는 통상적인 방법으로 신호를 처리하는 유량계 전자 요소(2420)에 경로(2421, 2422)를 통해 인가된다. 이러한 정보는 경로(2424)에 인가되고 물질 밀도, 물질 유량 등을 포함할 수 있다. 도 25에서 구동자(D), 왼쪽 센서(SL) 및 오른쪽 센서(SR) 각각의 코일/자석 쌍의 코일(SL, D, 및 SR)에 인접한 유동 튜브에 부착되고 M으로 표시되는 자석을 구비한 코일/자석 쌍을 포함한다.
도 26의 실시예에서는 유량계 전자 소자(2420)에 비교되는 전자 요소(도시되지 않음)가 유사하게 결합된다. 도 26의 도면에 대하여 횡단하는 평면에서 유량 튜브가 진동하기 때문에, 도 26의 실시예는 구동자(D), 왼쪽 센서(SL) 및 오른쪽 센서(SR)(모두 도시되지 않음)를 유사하게 가진다. 도 26에서는, 단지 센서(SL, 도시되지 않음)와 결합하는 왼쪽 자석(M) 및 구동자(D, 도시되지 않음)와 결합하는 중심 자석(M) 및 센서(SR, 도시되지 않음)와 결합하는 오른쪽 자석(M)만이 도 26에 보여진다.
청구된 발명은 양호한 실시예의 설명에 제한되는 것이 아니라 본 발명 개념의 범위 안에서 다른 변형 및 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (42)

  1. 유동 튜브(2501, 2601), 상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향되는 균형 바(2503, 2603), 및 상기 유동 튜브에 상기 균형 바를 연결하는 브레이스 바 수단(2502, 2602)을 포함하는 코리올리 유량계를 작동시키는 방법으로서,
    상기 유동 튜브를 통해 물질을 흐르게 하는 단계,
    상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 구동 주파수를 가지는 구동 모드로 서로에 대해 위상을 달리하여 상기 유동 튜브 및 균형 바를 진동시켜서, 상기 진동 유동 튜브를 통해 물질을 흘린 결과로 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되고, 상기 주기적 코리올리 편향은 어떤 편향도 없는 노드 뿐만 아니라 편향의 영역에 의해서도 특징되는 단계,
    상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키도록 상기 유동 튜브의 속도를 탐지하는 단계, 및
    상기 신호의 발생에 응답하여 상기 유동 물질에 관한 정보를 구하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,
    상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮도록, 상기 균형 바가 균형 바의 길이를 따라 불-균일한 질량 및 강성 분포를 가지며,
    상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에서 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮은 상기 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상을 달리하고, 물질 유동을 가지는 상기 진동 유동 튜브에 작용하는 주기적 코리올리 힘의 진폭에 비례하는 진폭을 가지며, 그리고 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 상기 신호는 상기 균형 바의 상기 다른 위상의 코리올리형 편향에 대하여 발생되어, 상기 신호의 진폭을 강화시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  2. 유동 튜브(2501, 2601), 상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향되는 균형 바(1503, 2503, 2603), 및 상기 유동 튜브에 상기 균형 바를 연결하는 브레이스 바 수단(1502, 2502, 2602)을 포함하는 코리올리 유량계를 작동시키는 방법으로서,
    상기 유동 튜브를 통해 물질을 흐르게 하는 단계,
    상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 구동 주파수를 가지는 구동 모드로 서로에 대해 위상을 달리하여 상기 유동 튜브 및 균형 바를 진동시켜서, 상기 진동 유동 튜브를 통해 물질을 흘린 결과로 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되고, 상기 주기적 코리올리 편향은 어떤 편향도 없는 노드 뿐만 아니라 편향의 영역에 의해서도 특징되는 단계,
    상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키도록 상기 유동 튜브의 속도를 탐지하는 단계, 및
    상기 신호의 발생에 응답하여 상기 유동 물질에 관한 정보를 구하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,
    상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 더 높도록, 상기 균형 바가 균형 바의 길이를 따라 불균일한 질량 및 강성 분포를 가지며,
    상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에서 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 높게 되는 상기 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상이 같고, 물질 유동을 가지는 상기 진동 유동 튜브에 작용하는 주기적 코리올리 힘의 진폭에 비례하고 상기 유동 튜브의 코리올리 편향의 진폭보다 더 큰 진폭을 가지며, 그리고
    상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 상기 신호는 상기 균형 바의 상기 위상이 같은 코리올리형 편향에 대하여 발생되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계를 작동시키기 위한 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코리올리형 편향은 상기 유동 튜브로부터 상기 브레이스 바를 통해 상기 균형 바로 연결되는 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 힘에 의해 상기 균형 바(2503, 2603)에서 유도되는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코리올리형 편향은 상기 균형 바(2503, 2603)에서,
    브레이스 바 수단(2502, 2602)의 제 1단부를 구부리도록 상기 주기적 코리올리 편향에 응답하여 구부러지는 상기 유동 튜브의 단부들, 및
    상기 제 1단부의 상기 구부러짐에 응답하여 구부러지는 상기 브레이스 바 수단의 제 2단부에 의해 유도되는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 균형 바(2503, 2603)의 길이를 따른 불균일 질량 및 강성 분포가 상기 균형 바로부터 상기 브레이스 바 수단(2502)으로의 탄성의 전달이 균형 바의 상기 코리올리형 편향의 공진 주파수를 낮추게 하는 원인이 되는 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 균형 바에 하나 이상의 가요성 부분을 제공함과 함께, 상기 균형 바의 하나 이상의 다른 부분에는 증가된 질량(2504, 2604)을 제공함으로써, 상기 균형 바(2503, 2603)의 상기 코리올리형 진동 모드의 공진 주파수를 낮추는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 균형 바의 하나 이상의 부분에서 보이드(2507)를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방법은 상기 코리올리형 진동 모드에서 상기 균형 바의 벤딩 모멘트가 높은 위치에 상기 균형 바의 가요성 부분(2508, 2509, 2608, 2669)을 제공하여, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 진동 모드의 공진 주파수를 낮추는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 진동 유동 튜브(2501, 2601) 및 상기 균형 바(2503)의 단부 노드가 상기 브레이스 바 수단(2502, 2602)에 위치되도록 배열되는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 균형 바(2503, 2603)에, 단단한 부분(2511, 2506, 2611, 2606) 및 단단한 부분을 포함하지 않는 가요성 부분(2508, 2509, 2608, 2609)을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구동 모드는 제 1벤딩 모드를 포함하고 상기 균형 바의 코리올리형 진동 모드는 상기 균형 바의 제 2벤딩 모드를 포함하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 균형 바의 중심 부분(2506, 2606)을 제공하고, 상기 중심 부분의 각각의 측부에 가요성 부분(2508, 2509)을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 중심 부분의 각각의 측부에 증가된 질량을 제공하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 균형 바의 벤딩 모멘트가 높은 위치에 가요성 부분(2508, 2509, 2608, 2609)을 제공하고 상기 제 2벤딩 모드에서 진폭이 높은 위치에 증가된 질량(2504, 2505, 2604, 2605)을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 물질 유동을 수용하는데 적합한 유동 튜브(2501, 2601),
    상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향된 균형 바(2503, 2603),
    상기 균형 바를 상기 유동 튜브에 연결하는 브레이스 바 수단(2502, 2602),
    상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 주파수를 갖는 구동 모드에서 상기 유동 튜브 및 상기 균형 바를 반대 위상으로 진동시키도록 배열되어, 상기 물질이 유동 튜브를 통해 흐를 때, 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되도록 하여, 상기 주기적 코리올리 편향이, 편향이 없는 노드뿐만 아니라 편향 영역에 의해 특징지워지게 하는 구동자 수단(D),
    상기 유동 튜브의 속도를 탐지하여 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키기 위한 수단(SL, SR), 및
    상기 신호의 발생에 응답하여 물질 유동 정보를 구하기 위한 수단(2420)을 포함하는 코리올리 유량계에 있어서,
    상기 균형 바(2503, 2603)는 상기 균형 바의 길이를 따라서 불균일 질량 및 강성 분포를 제공하는 구조를 가져서, 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮도록 하여, 상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향이, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 균형 바의 상기 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 낮게 되는 상기 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향이, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상을 달리하고, 물질 유동을 갖는 상기 진동 유동 튜브의 주기적 코리올리 힘의 크기에 비례하는 진폭을 가지며, 그리고
    상기 신호 발생 수단(SL, SR)은 상기 균형 바의 상기 다른 위상의 코리올리형 편향에 대하여 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 상기 신호를 발생시켜서, 상기 발생된 신호의 진폭을 강화시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계.
  15. 물질 유동을 수용하는데 적합한 유동 튜브(2501, 2601),
    상기 유동 튜브에 실질적으로 평행하게 배향된 균형 바(2503, 2603)
    상기 균형 바를 상기 유동 튜브에 연결하는 브레이스 바 수단(2502, 2602),
    상기 물질 충진 유동 튜브 및 상기 균형 바의 공진 주파수와 실질적으로 동등한 주파수를 갖는 구동 모드에서 상기 유동 튜브 및 상기 균형 바를 반대 위상으로 진동시키도록 배열되어, 상기 물질이 유동 튜브를 통해 흐를 때, 상기 진동 유동 튜브에서 상기 구동 주파수로 주기적 코리올리 편향이 유도되도록 하여, 상기 주기적 코리올리 편향이, 편향이 없는 노드 뿐만 아니라 편향 영역에 의해 특징지워지게 하는 구동자 수단(D),
    상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 신호를 발생시키기 위한 수단(SL, SR), 및
    상기 신호의 발생에 대응하여 물질 유동 정보를 구하기 위한 수단(2420)을 포함하는 코리올리 유량계로서,
    상기 균형 바(2503, 2603)는 그 길이를 따라서 불-균일 질량 및 강성 분포를 제공하는 구조를 가져서, 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 같은 같은 수의 노드를 가지는 진동 모드에서 상기 균형 바의 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 높도록 하여, 상기 유동 튜브의 상기 코리올리 편향에 응답하여 상기 구동 주파수로 상기 균형 바에 코리올리형 편향이 유도되고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향이 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 같은 수의 노드를 가지며, 상기 코리올리형 편향은 상기 균형 바의 상기 공진 주파수가 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향의 주파수보다 약간 높게 되는 진동 모드를 나타내고, 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향은, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향과 위상이 같고 물질 유동을 갖는 상기 진동 유동 튜브에 가해지는 주기적 코리올리 힘의 크기에 비례하며 상기 유동 튜브의 코리올리 편향보다 큰 진폭을 가지며, 그리고
    상기 신호를 발생시키는 수단(SL, SR)은 상기 유동 튜브의 주기적 코리올리 편향과 상기 균형 바의 상기 코리올리형 편향의 결합을 나타내는 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 유동 튜브 및 균형 바를 진동시키기 위한 상기 수단(D)이, 상기 균형 바에 상기 코리올리형 편향을 유도하도록 상기 유동 튜브로부터 상기 브레이스 바 수단을 통해 상기 균형 바에, 상기 주기적 코리올리 편향을 나타내는 힘을 결합시키는 코리올리 유량계.
  17. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 유동 튜브의 상기 주기적 코리올리 편향이,
    상기 브레이스 바의 제 1단부를 구부리도록 상기 주기적 코리올리 편향에 응답하여 상기 유동 튜브의 단부들을 구부리고, 그리고
    상기 균형 바에 상기 코리올리형 편향을 유도하도록 상기 제 1단부의 상기 구부러짐에 응답하여 상기 브레이스 바의 제 2단부를 구부러지게 하는 원인이 되는 코리올리 유량계.
  18. 제 14항 또는 15항에 있어서, 상기 코리올리형 편향에서 진폭이 높은 위치에 부가된 질량(2504, 2505, 2604, 2605) 및 상기 균형 바에서 상기 코리올리형 편향의 벤딩 모멘트가 높은 영역 위치에 가요성 부분(2505, 2508, 2605, 2606)을 포함하는 코리올리 유량계.
  19. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 구동 모드는 제 1벤딩 모드를 포함하고 상기 균형 바의 상기 유도된 진동 모드는 제 2벤딩 모드를 포함하는 코리올리 유량계.
  20. 제 19항에 있어서, 단단한 중심 부분(2506, 2606) 및 상기 단단한 중심 부분의 각각의 측부에 부가된 질량(2504, 2505, 2604, 2605)을 포함하는 코리올리 유량계.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 단단한 중심 부분의 양쪽 측부의 위치에 상기 균형 바의 가요성 부분(2508, 2509, 2608, 2609)를 포함하는 코리올리 유량계.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 구동 주파수를 상승시키기 위해 상기 중심 부분에 보이드(1507, 2607)를 포함하는 코리올리 유량계.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 가요성 부분은 벨로우즈(1808, 1809)를 포함하는 코리올리 유량계.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 균형 바의 길이를 따른 불균일 질량 및 강성 분포는 상기 균형 바의 탄성 및 상기 균형 바의 제 2벤딩 모드 진동의 주파수를 감소시키는 코리올리 유량계.
  25. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 균형 바 상에 단단한 부재(2511, 2506, 2611, 2606)를 포함하며, 상기 균형 바 중 단단한 부재를 포함하지 않는 각 부분에는 가요성 부재(2508, 2509, 2608, 2609)를 포함하는 코리올리 유량계.
  26. 제 14항 또는 15항에 있어서, 하나 이상의 유동 튜브 및 균형 바의 진동 단부 노드가 상기 브레이스 바에 위치되도록 배열되는 코리올리 유량계.
  27. 제 14항 또는 15항에 있어서, 실질적으로 직선형인 유동 튜브(2501) 및 실질적으로 직선형인 균형 바(2503)를 포함하는 코리올리 유량계.
  28. 제 14항 또는 15항에 있어서, 곡선 부분(2615)을 가지는 유동 튜브(2601) 및 곡선 부분(2611)을 가지는 균형 바(2603)를 포함하는 코리올리 유량계.
  29. 제 14항 또는 15항에 있어서, 상기 유도 진동 모드가 상기 균형 바의 제 2벤딩 모드를 포함하는 코리올리 유량계.
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